超軟地基排水板彎折特性與抗彎折結(jié)構(gòu)

王海鵬，徐 楊，唐彤芝，吳月龍

(南京水利科學(xué)研究院巖土工程研究所，江蘇 南京 210024)

新近吹填淤泥含水率高，幾乎無(wú)結(jié)構(gòu)性和強(qiáng)度，經(jīng)淺層無(wú)砂真空預(yù)壓處理3～4月，沉降壓縮率可達(dá)到25%～35%[1-4]。處理后開(kāi)挖常發(fā)現(xiàn)排水板存在較明顯的彎曲(折)現(xiàn)象。相關(guān)專(zhuān)家學(xué)者在超軟土及其處理技術(shù)方面開(kāi)展了大量的研究[5-9]，圍繞豎向排水板彎折對(duì)縱向通水量、真空度傳遞與損失、孔隙水滲流與土體強(qiáng)度增長(zhǎng)影響等方面，關(guān)注于機(jī)理與影響效果開(kāi)展了試驗(yàn)研究和理論分析，取得了較有意義的成果[10-13]。

本文基于壓桿彎曲和管道恒定流的假設(shè)，分別從結(jié)構(gòu)力學(xué)和流體力學(xué)的角度對(duì)排水板的彎曲變形及縱向通水量進(jìn)行了理論計(jì)算分析；通過(guò)真空預(yù)壓模型試驗(yàn)測(cè)試了人為彎曲狀態(tài)下排水板板芯真空度與淤泥土體中孔隙水壓力的分布特點(diǎn)；基于廢棄料的利用提出了新型肋板結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗彎折能力和改善排水固結(jié)的實(shí)際功效進(jìn)行了理論計(jì)算、工程應(yīng)用和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分析。

1 豎向排水板彎折的理論分析與模型試驗(yàn)

1.1 基于壓桿彎曲的豎向排水板簡(jiǎn)化受力分析

以單根豎向排水板為對(duì)象進(jìn)行分析。豎向排水板長(zhǎng)細(xì)比很大，如板長(zhǎng)3 m的B型板，長(zhǎng)細(xì)比達(dá)到30，豎立于幾乎呈流動(dòng)狀、強(qiáng)度幾乎為零的超軟淤泥中，排水板存在可以產(chǎn)生彎折變形的側(cè)向空間。排水板的彎折變形主要與超軟淤泥的大變形固結(jié)有關(guān)，是板-土相互作用的必然結(jié)果，其發(fā)展過(guò)程與淤泥結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度的增長(zhǎng)有關(guān)，其彎折成因可基于細(xì)長(zhǎng)壓桿的彎曲理論[14]并結(jié)合必要的假設(shè)進(jìn)行解釋。

圖1 排水板桿端支撐方式與受力簡(jiǎn)圖Fig.1 Schematic diagram of support mode and force on rod end of drainage plate

理論而言，板側(cè)淤泥對(duì)板的作用力呈對(duì)稱(chēng)性，相互抵消為零。工程實(shí)踐中板頂端一般用扎繩纏繞緊裹于水平排水波紋管上，或采用專(zhuān)用直吸式接頭與水平排水管連接，板頂端可視為允許豎向變形而不能側(cè)向位移的鉸支端，而板底端一般插入下臥硬土層，可視為不能產(chǎn)生豎向和側(cè)向位移或轉(zhuǎn)動(dòng)的固定端。經(jīng)簡(jiǎn)化基于壓桿彎曲的單板受力分析見(jiàn)圖1。

以B型塑料排水板為例，取彈性模量E=1 500 MPa，厚度t=4 mm，寬度b=100 mm，插設(shè)于地基中的板長(zhǎng)L=3 m，根據(jù)文獻(xiàn)[14]計(jì)算得到歐拉臨界力Pcr=1.79 N。假定密封膜面平整，單根豎向排水板的頂端面范圍內(nèi)均受到抽真空產(chǎn)生的內(nèi)外大氣壓力差80 kPa的作用，則得到理論作用力約為32 N，遠(yuǎn)大于Pcr，可見(jiàn)插設(shè)在超軟淤泥地基中的豎向排水板在很小的作用力(外部荷載)下很容易產(chǎn)生彎曲變形。

1.2 基于管道恒定流排水板彎折通水量的理論計(jì)算

塑料排水板由齒槽狀平板外包覆濾膜構(gòu)成，在外側(cè)受壓的截面通水試驗(yàn)中可假設(shè)單個(gè)齒槽的水流形式為管道恒定流，其截面通水量Q可依據(jù)文獻(xiàn)[15-16]進(jìn)行計(jì)算。

定義塑料排水板試樣彎折率K為

(1)

式中：H為原始試樣長(zhǎng)度，m；H′為彎折后試樣長(zhǎng)度，m。

考慮塑料排水板未彎折、S型彎折和Z型彎折3組類(lèi)型分別進(jìn)行縱向通水量理論計(jì)算分析： ①S型彎折曲率半徑R分別取30 cm、35 cm、40 cm；②Z型彎折折角α′分別取60°、90°、120°。假設(shè)折彎段垂直距離為120 cm，原始試樣H=400 mm，試驗(yàn)時(shí)的水力梯度宜為0.5，上下游水位差為0.2 m。

B型塑料排水板板寬100 mm、厚4 mm，單面共有31個(gè)齒槽，雙面共有62個(gè)。單個(gè)齒槽尺寸為3.2 mm×2.0 mm，等效直徑d=2.86 mm。板體截面Q≥25 cm3/s，單個(gè)齒槽Q=0.4 cm3/s。根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制不同彎曲率下排水板截面通水量的變化曲線(xiàn)，見(jiàn)圖2。

圖2 排水板彎折率與截面通水量計(jì)算值的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2 Relationship curves between bending rate of drainage plate and calculated value of sectional water flow

由圖2可見(jiàn)，Z型彎折對(duì)于截面通水量的影響要大于S型彎折。隨著彎折率的增大，截面通水量明顯減少。一般情況下抽真空時(shí)豎向排水板緩慢彎曲而不彎折時(shí)對(duì)其縱向通水能力影響較小，而急劇折角后排水板面上齒槽倒伏，排水通道受阻，通水量將顯著減小。

上述計(jì)算可定性為反映彎折對(duì)縱向通水量的影響，但不能完全代表實(shí)際工況。插設(shè)在超軟淤泥地基中的豎向排水板受力變形情況復(fù)雜，甚至可能會(huì)出現(xiàn)多處彎折甚至是扭折，對(duì)縱向通水量的影響很大。

1.3 豎向排水板彎折影響的模型試驗(yàn)

采用3個(gè)大小尺寸相同的油桶開(kāi)展模型試驗(yàn)，每個(gè)油桶中預(yù)先插設(shè)2根人為彎折好的B型塑料排水板(彎折率分別為10%、20%和30%)。選擇一根排水板,板芯內(nèi)埋設(shè)深層真空度測(cè)頭，深度為泥面以下0.4 m，在同一深度的兩根排水板中間埋設(shè)1只孔隙水壓力計(jì)。向油桶中灌注人造泥漿以模擬吹填超軟土，3個(gè)油桶均連接同一吸水主管和一臺(tái)7.5 W真空泵。管路連接后持續(xù)抽真空近1個(gè)月，監(jiān)測(cè)真空度與孔隙水壓力計(jì)讀數(shù)，繪制相關(guān)變化曲線(xiàn)見(jiàn)圖3～6。

圖3 板芯真空度的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)Fig.3 Measured curves of vacuum degree of plate core

圖4 淤泥中超靜孔隙水壓力的實(shí)測(cè)曲線(xiàn)Fig.4 Measured curves of excess pore pressure in silt

圖5 排水板彎折率與板芯真空度的散點(diǎn)分布Fig.5 Scatter distribution diagram of bending rate and core vacuum degree of drainage plate

圖6 板芯真空度與超靜孔隙水壓力的散點(diǎn)分布Fig.6 Scatter distribution diagram of core vacuum and excess pore pressure

試驗(yàn)結(jié)果表明：①豎向排水板彎折對(duì)真空度的傳遞和淤泥中超靜孔隙水壓力產(chǎn)生了比較明顯的影響，彎折率越大，板芯真空度越小，抽真空時(shí)淤泥中產(chǎn)生的負(fù)的超靜孔隙水壓力值越低，不利于超軟淤泥的排水固結(jié)。②由圖5可見(jiàn)，彎折率由10%增加到20%，板芯真空度降低幅度為3～8 kPa，平均為5.6 kPa。彎折率由20%增加到30%，板芯真空度降低幅度為34～46 kPa，平均為39.6 kPa。由圖6可見(jiàn)，彎折率為10%和20%時(shí)，板芯真空度與淤泥中的超靜孔隙水壓力構(gòu)成的散點(diǎn)基本集中在一起，彎折率為30%時(shí)的散點(diǎn)則與彎折率為10%和20%時(shí)的散點(diǎn)明顯拉開(kāi)距離。彎折率對(duì)真空度傳遞的影響過(guò)程是非線(xiàn)性的，隨著排水板彎折程度的不斷加大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)彎折率時(shí)，其影響程度加劇，與圖2反映的規(guī)律基本一致。

2 新型肋板結(jié)構(gòu)的理論分析

2.1 基于廢料利用的新型肋板結(jié)構(gòu)

利用施工現(xiàn)場(chǎng)廢棄的零散排水板，裁剪成一定長(zhǎng)度的短板，稱(chēng)之為肋板，按一定的間距交錯(cuò)裝訂在排水板兩側(cè)，構(gòu)成肋板復(fù)合體，一同插入淤泥地基中。新型肋板結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)布置見(jiàn)圖7。

圖7 新型肋板的排水板結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)布置Fig.7 Structure and in-situ configuration of drainage plate with new ribbed plate

2.2 新型肋板結(jié)構(gòu)的截面抗彎剛度分析

截面抗彎剛度以材料的彈性模量E與構(gòu)件橫截面繞其中性軸慣性矩I的乘積表示。依據(jù)文獻(xiàn)[14]對(duì)新型肋板結(jié)構(gòu)未貼合段和貼合段的截面抗彎剛度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，采取加筋肋板措施后貼合段厚度增加一倍，而截面抗彎剛度則是未貼合段截面抗彎剛度的8倍。

圖8 兩種板體結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖Fig.8 Calculation diagram of overall stability of two plate structures

2.3 新型肋板結(jié)構(gòu)的整體抗彎剛度分析

將插設(shè)于淤泥中的塑料排水板簡(jiǎn)化為下端固定、上端自由的軸心受壓構(gòu)件，按圖8對(duì)原單板及新型肋板結(jié)構(gòu)排水板的整體抗彎剛度進(jìn)行計(jì)算。

單板歐拉臨界力計(jì)算見(jiàn)文獻(xiàn)[14]，新型肋板結(jié)構(gòu)排水板的抗彎剛度EI整體根據(jù)肋板段和無(wú)肋板段的長(zhǎng)度分配，分別采用不同的截面抗彎剛度進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，可得到：

(2)

式中：L1為肋板段的總長(zhǎng)度，m；L為排水板的總長(zhǎng)度，m。

由式(2)可得EI整體≥EI，肋板段的總長(zhǎng)度越大，結(jié)構(gòu)整體抗彎剛度越大，且數(shù)倍于原排水板，大大增強(qiáng)了新型肋板結(jié)構(gòu)排水板的整體穩(wěn)定性和抗彎折能力。

2.4 肋板布置方式及參數(shù)分析

綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)廢棄料的有效利用和增強(qiáng)板體抗彎折能力兩個(gè)方面，認(rèn)為采用一定長(zhǎng)度的肋板分別在排水板兩側(cè)按一定間距進(jìn)行交錯(cuò)布置的方式比較合理。結(jié)合上述理論分析，肋板是排水板的抗彎增強(qiáng)體，板體抗彎剛度主要取決于肋板總長(zhǎng)度及布置方式，肋板長(zhǎng)度和排列間距是施工布設(shè)時(shí)需考慮的兩個(gè)重要參數(shù)。

考慮加筋肋板板體結(jié)構(gòu)的受力連續(xù)性，單板整體的臨界力Pcr(整體)、肋板貼合段臨界力Pcr(肋板段)和無(wú)肋板段臨界力Pcr(無(wú)肋板段)三者理論上相等， 即

(3)

單板整體可視為頂端鉸支、底端固定，其長(zhǎng)度系數(shù)μ整體可取為0.7，而肋板段和無(wú)肋板段可視為兩段鉸支，其長(zhǎng)度系數(shù)取μ肋板段=μ無(wú)肋板段=1.0。于是可得到肋板長(zhǎng)度LT與間距S之間最佳的理論關(guān)系為：LT=2.828S。

在L一定、滿(mǎn)足整體抗彎能力的情況下，可適當(dāng)調(diào)整肋板長(zhǎng)度與排列間距的大小，以便于現(xiàn)場(chǎng)操作并提高廢棄料的有效利用率。

3 新型肋板結(jié)構(gòu)排水板的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 工程概況與試驗(yàn)方案

蘇州某清淤工程排泥場(chǎng)堆放新近吹填淤泥，厚度3 m左右，測(cè)試天然堆置狀態(tài)下吹填土的含水率為122.8%，塑性指數(shù)為21.9，粉粒和黏粒的細(xì)顆粒含量為75.5%，為典型的超軟、高含水量細(xì)顆粒黏性土。采用逐步加載的無(wú)砂真空預(yù)壓法進(jìn)行地基處理，人工插設(shè)B型排水板，深度3 m左右，正方形布置，間距0.8 m。利用場(chǎng)地內(nèi)原有隔堤并考慮施工方便劃分為7個(gè)區(qū)。其中6區(qū)面積約1.6萬(wàn)m2，距吹填口最遠(yuǎn)、泄水口最近，處于吹填淤泥沿流道自然落淤的末端。該區(qū)于2014年6月初開(kāi)始抽真空，監(jiān)測(cè)顯示淤泥地基固結(jié)狀態(tài)正常。進(jìn)入7月后現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)一塊區(qū)域(長(zhǎng)寬均約20 m)的泥面明顯軟于四周場(chǎng)地，密封膜松軟，經(jīng)多次重點(diǎn)加抽后未能有效。揭膜后發(fā)現(xiàn)，泥面積水明顯，仍呈強(qiáng)度很低的流塑狀，表明該區(qū)域的排水系統(tǒng)基本失效。因此，選擇該薄弱區(qū)域，重新插設(shè)新型肋板結(jié)構(gòu)的排水板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

在試驗(yàn)區(qū)原有兩排排水板中間，按間距0.8 m補(bǔ)插新型肋板結(jié)構(gòu)的B型塑料排水板，板長(zhǎng)2 m。利用現(xiàn)場(chǎng)廢棄料按兩種長(zhǎng)度裁剪制作肋板，按間隔20 cm正反交錯(cuò)裝訂于母板上。方案 T1的肋板長(zhǎng)度為40 cm，肋板數(shù)量為3個(gè)，方案 T2的肋板長(zhǎng)度為30 cm，肋板數(shù)量為4個(gè)。新型肋板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工情況見(jiàn)圖9。兩個(gè)方案的肋板總長(zhǎng)均為120 cm，根據(jù)式(2)可知兩種方案的板體抗彎剛度相同，肋板長(zhǎng)度和數(shù)量不同。

圖9 新型肋板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)施工圖Fig.9 Field construction of new ribbed plate structure

試驗(yàn)區(qū)布設(shè)了真空度(板芯內(nèi)深度0.5 m、1.5 m處)、孔隙水壓力(泥面以下1 m地基土)、表層沉降(試驗(yàn)區(qū)中間的泥面)監(jiān)測(cè)。排水板補(bǔ)插完畢后，恢復(fù)原場(chǎng)地的土工布及2層密封膜，重新開(kāi)始抽真空，并與大區(qū)抽真空保持一致。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與效果分析

3.2.1 真空度

對(duì)試驗(yàn)區(qū)埋設(shè)的水平波紋管內(nèi)、膜下以及板芯不同深度的真空度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，繪制真空度實(shí)測(cè)變化曲線(xiàn)如圖10所示。由圖10分析可知，真空壓力從水平波紋管內(nèi)向膜下泥面和地基板內(nèi)傳遞過(guò)程中出現(xiàn)明顯衰減，水平管內(nèi)(最大值80 kPa，最小值72 kPa，平均值77.9 kPa)與膜下泥面(最大值78 kPa，最小值70 kPa，平均值74.6 kPa)衰減程度較小，沿板芯向地基板內(nèi)傳遞的衰減幅度較大。實(shí)測(cè)板芯深層真空度：T1方案為0.5 m深度處平均值為57.1 kPa，1.5 m深度處平均值為48 kPa；T2方案為0.5 m深度處平均值為55.7 kPa，1.5 m深度處平均值為51.4 kPa。板芯0.5 m處真空度平均值為55.7～57.1 kPa，約為膜下真空度的69.6%～71.4%，板芯1.5 m處真空度平均值為48.0～51.4 kPa，約為膜下真空度的60.0%～64.2%。

圖10 真空度實(shí)測(cè)曲線(xiàn)Fig.10 Measured curves of vacuum

排泥場(chǎng)的2區(qū)、4區(qū)、5區(qū)沿深度也進(jìn)行了板芯真空度監(jiān)測(cè)，每個(gè)區(qū)域選擇2根或3根豎向排水板，每根排水板沿板芯布設(shè)4個(gè)真空度測(cè)頭，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)真空度均很低，基本沒(méi)測(cè)到幾次讀數(shù)(故無(wú)法整理出有意義的曲線(xiàn)和數(shù)據(jù))。對(duì)比表明，同樣條件下，在B型板兩側(cè)按一定間距交錯(cuò)貼合廢料短板，通過(guò)局部加筋增強(qiáng)的方式提高了排水板的整體抗彎折能力，一定程度上改善了真空壓力的深層傳遞效果。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)還可以發(fā)現(xiàn)，在板芯埋設(shè)真空度測(cè)頭，測(cè)頭通過(guò)細(xì)小軟管穿越板體與外面的真空表連接，細(xì)小軟管鋪設(shè)于濾布與板芯齒槽之間，這種目前常用的深層真空度監(jiān)測(cè)方法雖然直觀(guān)簡(jiǎn)便，但在超軟淤泥地基中受到排水板易淤堵和彎折變形的影響，監(jiān)測(cè)壽命較短，往往難以獲得長(zhǎng)系列的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.2.2 孔隙水壓力

圖11為抽真空期間1 m深度處超靜孔隙水壓力隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)。由圖11可見(jiàn)，抽真空后淤泥地基內(nèi)的孔隙水壓力值減小速度較快，超靜孔隙水壓力曲線(xiàn)幾乎呈線(xiàn)性陡狀發(fā)展，表明重新插設(shè)帶有肋板結(jié)構(gòu)的排水板后，地基的排水固結(jié)體系得到改善和恢復(fù)，淤泥的排水固結(jié)狀態(tài)較好。

抽真空期間(8月3—29日)T1和T2方案產(chǎn)生的孔隙水壓力最大變化量(超靜孔隙水壓力值)分別為-11.4 kPa、-23.0 kPa，T2方案的負(fù)超靜孔隙水壓力值大于T1方案，停抽后T2方案的超靜孔隙水壓力消散也明顯快于T1方案，與圖7兩個(gè)方案測(cè)得的深層真空度變化規(guī)律具有一定的相關(guān)性。就總體平均而言，T2方案測(cè)得的深層真空度比T1方案數(shù)值大、持續(xù)平穩(wěn)性好。

圖11 泥面以下1 m處超靜孔隙水壓力變化曲線(xiàn)Fig.11 Variation curves of excess static pore pressure at 1 m below the mud surface

T1、T2兩個(gè)方案的板體抗彎剛度相同，但肋板長(zhǎng)度和數(shù)量不同，T2方案排水板兩側(cè)各兩個(gè)肋板；T1方案排水板一側(cè)兩個(gè)肋板，另一側(cè)一個(gè)肋板。通過(guò)對(duì)比兩個(gè)方案在參數(shù)設(shè)計(jì)上的差異來(lái)初步定性分析導(dǎo)致真空度和孔隙水壓力分布方面存在差異的原因：采用簡(jiǎn)單的裝訂貼合方式，肋板貼合段雖然提高了抗彎剛度，但同時(shí)在一定程度上肋板對(duì)貼合側(cè)的滲流排水通道產(chǎn)生了不利的堵塞作用。T2方案肋板長(zhǎng)度短，但數(shù)量多一個(gè)，且為偶數(shù)，通過(guò)交錯(cuò)對(duì)稱(chēng)布設(shè)可知，該方案的無(wú)肋板未貼合段的數(shù)量比T2方案多一個(gè)，則肋板的整體堵塞作用弱于T1方案，故整體有利于真空壓力的傳遞和土體孔隙水的滲流排出?？紤]到試驗(yàn)方案本身的局限性，用于對(duì)比的測(cè)試數(shù)據(jù)較少，本文的分析僅供參考，其合理性尚待進(jìn)一步研究。

3.2.3 泥面沉降量分析

圖12為試驗(yàn)區(qū)泥面沉降實(shí)測(cè)曲線(xiàn)，將近1個(gè)月的持續(xù)抽真空產(chǎn)生的累計(jì)沉降量為414 mm，抽真空12 d時(shí)的日沉降速率最大(27 mm/d)，停抽8 d后實(shí)測(cè)沉降量略有回彈，回彈量約為10 mm。實(shí)測(cè)累計(jì)沉降量曲線(xiàn)基本呈線(xiàn)性增長(zhǎng)，發(fā)展平穩(wěn)且波動(dòng)性小。圖13反映出地基土體的超靜孔隙水壓力與沉降變形之間存在良好的相關(guān)性。說(shuō)明重新插設(shè)新型肋板結(jié)構(gòu)排水板，通過(guò)提高豎向排水板抗彎折能力，改善了淤泥地基真空壓力和孔隙水壓力的時(shí)空分布狀態(tài)，促進(jìn)了土體的排水固結(jié)。

圖12 泥面沉降變化曲線(xiàn)Fig.12 Variation curves of mud surface settlement

圖13 泥面累計(jì)沉降量與超靜孔隙水壓力絕對(duì)值散點(diǎn)分布Fig.13 Scatter distribution diagram of cumulative settlement and absolute excess pore pressure

3.2.4 效果檢驗(yàn)分析

抽真空完成后揭膜進(jìn)行場(chǎng)地開(kāi)挖。由圖14可見(jiàn)泥面干燥硬實(shí)，土體內(nèi)的排水板整體保持直立形狀，總體反映了新型肋板結(jié)構(gòu)的抗彎折能力強(qiáng)，可以有效適應(yīng)超軟淤泥地基的固結(jié)大變形。在肋板貼合段的接頭處存在彎折現(xiàn)象，可能是由于肋板段與無(wú)肋板段之間的剛度差異和接頭處兩邊板體受到的側(cè)向摩擦力產(chǎn)生的局部附加彎矩造成的。

圖14 抽真空結(jié)束后試驗(yàn)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖實(shí)景Fig.14 Actual scene of excavation in the test area after vacuuming

在6區(qū)場(chǎng)地選擇6處進(jìn)行十字板剪切強(qiáng)度測(cè)試，其中6號(hào)測(cè)點(diǎn)位于試驗(yàn)區(qū)內(nèi)，整理測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖15。由圖15可見(jiàn)，經(jīng)真空排水預(yù)壓固結(jié)處理后，超軟淤泥的強(qiáng)度得到了大幅度提高，處理前剪切強(qiáng)度Cu值幾乎為零，處理后十字板剪切強(qiáng)度Cu值達(dá)16～23 kPa，試驗(yàn)區(qū)土體強(qiáng)度與其他區(qū)域基本相當(dāng)。采用土層各深度處十字板剪切強(qiáng)度值的小值平均值乘以3.14作為整個(gè)土層的平均容許承載力[16]，推算得到加固后吹填淤泥土體的地基承載力為52.8～55.6 kPa。靜載試驗(yàn)結(jié)果表明，場(chǎng)地內(nèi)兩處泥面地基承載力特征值分別為60 kPa和63 kPa，平均值為61.5 kPa，與十字板測(cè)試結(jié)果基本相當(dāng)。檢驗(yàn)結(jié)果均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求(不低于50 kPa)。

圖15 抽真空結(jié)束后十字板剪切強(qiáng)度試驗(yàn)曲線(xiàn)Fig.15 Curves of cross plate shear test after vacuuming

3.3 效益分析與評(píng)價(jià)

在超軟吹填淤泥中人工插設(shè)排水板，裁減后會(huì)產(chǎn)生單根長(zhǎng)度不夠的邊角料，即成為廢棄料，不同的排水板施工參數(shù)產(chǎn)生的廢棄邊角料數(shù)量不同。根據(jù)本文實(shí)例，排泥場(chǎng)處理面積共約8.6萬(wàn)m2，正方形插設(shè)排水板，間距0.8 m，單根長(zhǎng)度3.3 m(平均插設(shè)深度3.0 m，另加纏包水平管的排水板長(zhǎng)度0.3 m)，則塑料排水板總用量約為41 250 m，排水板單捆包裝一般為200 m/捆，需206捆。每捆可裁剪成60根用于人工插設(shè)的單板，剩余2 m成為再次利用的邊角料，再加上一些難以避免的損耗，初步估算該工程產(chǎn)生的邊角料數(shù)量為排水板設(shè)計(jì)用量的1%以上。若利用這些廢棄料做成新型肋板以提高豎向排水板的抗彎折能力，用于淺層局部薄弱區(qū)域以增強(qiáng)地基的排水固結(jié)功效，簡(jiǎn)單實(shí)用，既達(dá)到技術(shù)目的，又實(shí)現(xiàn)了廢棄料的有效利用，技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好。

4 結(jié) 論

a.基于壓桿彎曲的假設(shè)對(duì)豎向排水板進(jìn)行受力計(jì)算，得到插設(shè)在超軟淤泥地基中的排水板在很小的外部荷載作用下即可產(chǎn)生彎曲變形的結(jié)論?；诠艿篮愣鞯募僭O(shè)計(jì)算分析不同的彎折形狀和程度對(duì)通水量的影響，表明Z型彎折的通水量明顯小于S型彎折，彎折率越大，通水量越小。

b.通過(guò)模型試驗(yàn)對(duì)人為彎折狀態(tài)下排水板板芯真空度與淤泥土體中孔隙水壓力的分布進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)排水板彎折對(duì)真空度的傳遞和淤泥中超靜孔隙水壓力產(chǎn)生了明顯的影響，彎折率越大，板芯真空度越小，淤泥中產(chǎn)生的負(fù)超靜孔隙水壓力值越低。彎折率由10%增加到20%，板芯真空度降低幅度為3～8 kPa，平均為5.6 kPa。彎折率由20%增加到30%，板芯真空度降低幅度為34～46 kPa，平均為39.6 kPa。彎折率為10%和20%時(shí)，板芯真空度與淤泥中的超靜孔隙水壓力構(gòu)成的散點(diǎn)基本集中在一起，彎折率30%時(shí)的散點(diǎn)則與彎折率為10%和20%時(shí)的散點(diǎn)明顯拉開(kāi)距離。可見(jiàn)彎折率的影響是非線(xiàn)性的，隨著彎折程度的不斷加大，當(dāng)達(dá)到某個(gè)彎折率時(shí)，其影響程度加劇。

c.基于廢棄料的利用提出了新型肋板結(jié)構(gòu)，對(duì)其抗彎折能力和改善排水固結(jié)的功效進(jìn)行了理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。新型肋板結(jié)構(gòu)的截面抗彎剛度是普通板的8倍，板體抗彎剛度視肋板貼合的總體長(zhǎng)度可提高數(shù)倍以上。加固后開(kāi)挖板體基本呈直立狀態(tài)，吹填土體十字板剪切強(qiáng)度達(dá)16～23 kPa，地基承載力特征值達(dá)60～63 kPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。新型肋板結(jié)構(gòu)可增強(qiáng)排水板抗彎折能力并改善排水固結(jié)效果，簡(jiǎn)單實(shí)用，實(shí)現(xiàn)了廢棄料的有效利用，具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。

d.受條件限制，本文開(kāi)展的新型肋板結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有一定的局限性，主要表現(xiàn)為：試驗(yàn)區(qū)不是獨(dú)立設(shè)區(qū)，而是大區(qū)里的局部薄弱區(qū)域，面積小，試驗(yàn)參數(shù)比較單一。在前期抽真空幾乎無(wú)效的情況下重新揭膜補(bǔ)插肋板復(fù)合體，再與大區(qū)一起覆膜抽真空，因此試驗(yàn)區(qū)的真空壓力場(chǎng)、滲流場(chǎng)分布不是完全獨(dú)立的。

e.本文提出的肋板理論長(zhǎng)度約為排列間距的2.828倍，應(yīng)用時(shí)應(yīng)綜合考慮提高整體抗彎能力的技術(shù)性和有效利用現(xiàn)場(chǎng)廢棄料的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，當(dāng)板長(zhǎng)一定時(shí)建議采用“數(shù)量多(偶數(shù))的短肋板”方案。